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光纤传感器
来源:赛斯维传感器网 发表于 2020/12/10

涂层纤维中的超声波分布图:diamandi,london,bashan和zadok


光纤使互联网成为可能,实际上它们无处不在:地下和海底。光纤不仅仅可以承载信息:它们还是出色的传感器。纤细的光纤支持超过数百公里的测量,几乎可以嵌入任何结构中,可以在危险环境中运行并承受电磁干扰。


最近,光纤传感器的一项重大突破促进了液体在玻璃纤维边界外的映射,即使光纤中的引导光从未直接到达那里。这种看似矛盾的测量是基于光力学的物理原理。光本身的传播足以在光纤中感应超声波。这些超声波继而可以探测光纤的周围环境,类似于医学诊断中常见的超声波成像。以色列bar-ilan大学和瑞士epfl的研究人员分别报告了对数公里光纤外液体的分析。


迄今为止,所有获得的结果都遭受了一个主要缺点:必须先去除薄玻璃纤维的保护性聚合物涂层。如果没有这种保护性涂层或通常所说的“外套”,直径为125微米的裸露纤维就没有太多机会了。人们无法考虑在研究实验室之外使用几公里长,未受保护的光纤。不幸的是,标准的纤维涂层是由极其顺应性的丙烯酸聚合物内层制成的。该层完全吸收了从光纤发出的超声波,并防止它们到达被测介质。涂层的存在代表传感器概念必须克服的另一障碍。

保持在水中的1.6公里长涂层光纤中的光机相互作用的映射。相反,浸泡在乙醇中的部分比较突出(较高峰区域)。


解决此难题的方法是采用不同的合适涂层。市售的纤维也可以用聚酰亚胺制成的外套来保护。最初提出了特定材料来保护高温纤维。但是,bar-ilan和epfl的最新研究表明,聚酰亚胺涂层还可以提供超声波的传输。其后果是重大的:巴伊兰大学的研究人员在《应用物理快报-光子学》杂志上发表的一篇新文章中表示,他们现在能够对受保护光纤外部的介质进行光机械传感和分析,从而可以对其进行部署。在适当的情况下。


bar-ilan大学工程学院的avi zadok教授说:“聚酰亚胺涂层让我们享受到了两全其美的享受。” “它为光纤提供了一定程度的保护,以及与外界的机械连接。” zadok和研究学生hilel hagai diamandi,yosef london和gil bashan对涂层纤维中的光声相互作用进行了详尽的分析。关节结构支持多种弹性模式,这些模式表现出复杂的耦合动力学。zadok说:“我们的分析表明,光机械行为比裸光纤要复杂得多。” “结果很大程度上取决于涂层厚度和几何形状的亚微米公差。必须采用适当的校准形式。”


尽管增加了难度,但已通过实验证明了液体在包覆纤维外的映射。该小组实现了超过1.6 km的聚酰亚胺涂层光纤的感应,该光纤大部分时间都浸在水中。但是,将200米长的部分保留在乙醇中。测量结果可区分两种液体,并正确放置放置在乙醇中的切片。结果代表了这一新兴传感器概念的重要里程碑。zadok教授说:“一种可能的应用是灌溉监控。水的存在会改变涂层的性能。我们的测量协议能够识别这种变化。” 正在进行的工作致力于改善测量范围,分辨率和精度。


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